无人驾驶船(简称无人船)广义上是指一种可执行某类指定任务,并基于任务目的进行功能、性能设计的水面机器人;狭义上则是指具有一定机动能力的水面自主、半自主、遥控搭载体。
近年来,中国的无人船艇技术及应用逐步受到重视并不断加速发展,平台技术与应用推广正在逐渐走向成熟。其关键技术包括特型平台设计技术、强扰动环境下的运动控制技术和通信技术。
✦ 特型平台设计技术
在无人船设计方面,需要从系统效能的角度出发,围绕任务载荷原理和对工作环境要求,对无人船从线形和结构设计、载荷布置方式、动力系统选型、推进装置优化、运动控制策略设计、供电系统设计等方面进行有针对性的特殊设计和处理。
✦ 强扰动环境下的运动控制技术
在无人船运动控制方面,针对海洋动力环境中风、浪、流对水面载具的影响,需要设计基于定位、姿态数据的前馈控制进行运动补偿,通过无人船实时位置、航速、艏向、横纵摇、升沉数据,判断风、流的恒定扰动以及波浪的周期性扰动的强度、方向,结合无人船惯性力、阻力、恢复力运动模型,提前干预推力矢量输出,确保无人船能够在以较高精度循线航行,或在高海况下通过艏向、推力调节确保无人船不失速及发生大幅度横摇。
✦ 无人船通信技术
海上通信主要依赖微波(海面)和声学(水下)两种手段。无人船上建高度有限,且体量小、吃水浅、横纵摇、升沉幅值大,微波通信设备天线距水面高度小同时存在较大摇晃幅度的情况下,通信距离首先,且容易受水面多径效应影响造成信噪比下降,而水声通信由于带宽有限,往往只能进行极为有限的树下数据链支持。因此在无人船通信技术方面,需根据海洋环境的特殊性对通信系统进行设计,开发可应对高动态复杂水面环境的微波通信技术,以及更高带宽的水声通信技术,目前仍有较多难点需要解决。